手机摄像模组知识简介

宁波舜宇光电信息有限公司NINGBOSUNNYOPOTECHCO.,LTD宁波舜宇光电信息有限公司研发部电子课手机摄像模组知识简介-2-舜宇光电CCM名词解释手机摄像模组又称为CCM英文为：Contraction/ChipCameraModule中文为：紧凑型/单芯片型摄像模组-3-舜宇光电手机摄像模组-4-舜宇光电CCM结构-5-舜宇光电CCM结构手机摄像头模组由镜头(lens)、镜座（lensholder）、传感器(sensor)、电容、FPC板（FlexiblePrintedCircuitry）、连接器(Connector)组成。-6-舜宇光电Sensor简介图像传感器（ImageSensor）图像传感器（ImageSensor）是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。目前有两种：一种是CCD（ChargeCoupledDevice电荷藕合器件）；另一种是CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor互补金属氧化物导体）。-7-舜宇光电Sensor简介WaferPLCCDIPCLCCCSP-8-舜宇光电ImageSensor的应用范围-9-舜宇光电CCDCMOS区别CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止，市面上绝大多数的消费级别的数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS则作为中低端产品应用于一些摄像头上。CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低，CCD为提供优异的影像品质，付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用3.3V的电源即可驱动，电源消耗量比CCD低。CMOS影像传感器的另一优点，是与周边电路的整合性高，可将ADC与信号处理器整合在一起，使体积大幅缩小，例如，CMOS影像传感器只需一组电源，CCD却需三或四组电源，由于CCD的ADC与信号处理器的制程与CMOS不同，要缩小CCD套件的体积很困难。-10-舜宇光电CMOSSENSOR的主要分类按像素分１、CIF:CommonIntermediateFormat通用中间格式352*288(10万)２、VGA:VideoGraphicsArray视频图形阵列640*480(30万)３、SXGA:SuperExtendedGraphicsArray高级扩展图形阵列1200*1024(1.3Mega)４、UXGA:UltraExtendedGraphicsArray超级扩展图形阵列1600*1200(2Mega)５、QXGA:QuadrupleXGA四倍的XGA2048*1536(3Mega)６、QSXGA:QuadrupleSXGA四倍的SXGA2560*2048(5Mega)-11-舜宇光电CMOSSENSOR的主要分类-12-舜宇光电CMOSSENSOR的主要分类按光学尺寸分指感光区的对角线长度一般有：1/2”1/3”1/4”1/5”1/7”1/11”等-13-舜宇光电CMOSSENSOR的主要分类按输出接口分Traditionalparalleldigitalvideoport（标准并行数字视频接口）MIPI(移动工业处理器接口)SMIA(标准移动图像处理体系结构）-14-舜宇光电我司目前所用SENSOR1、OmniVision---豪威2、Aptina（Micron）---美光3、ST---意法半导体4、SamSung---三星5、Sony---索尼6、SiliconFile7、MagaChip8、SET9、PixelPlus10、Hynix11、Galaxycore（格科微）-15-舜宇光电OmniVision简介OmniVision---豪威OmniVision创立于1996年，是全球最大CMOS影像传感器设计及供应商之一，旗下自最低阶的CIF等级到高阶的200万，300万，500万甚至800万产品均有。-16-舜宇光电SENSOR工作原理景物通过镜头（Lens）生成的光学图像，投射到图像传感器(Sensor)感光面上，将光信号转为电信号。经芯片内部图像处理电路(ISP)对信号进行一系列处理，最后将数字图像信号输出。-17-舜宇光电SENSOR内部功能框图-18-舜宇光电SENSOR架构-19-舜宇光电SENSOR架构因为人眼对绿色的敏感度是对红色和蓝色的两倍，也即意味着为了模仿人眼感觉，SENSOR需要两倍的绿色像素。-20-舜宇光电SENSOR架构每单位像素点由一个感光二极管、一个电信号转换单元、一个信号传输晶体管，以及一个信号放大器所组成。-21-舜宇光电SENSOR架构-22-舜宇光电SENSOR图像处理功能‹ImageProcessing（图像处理）把sensor传过来的模拟信号进行数字信号转换，然后进行自动曝光，自动白平衡，色彩矫正，亮度补偿等图象校正功能。然后进行格式转换，以YUV或RGB格式输出。‹1.AutomaticWhiteBalance白平衡（WhiteBalance）就是通过图像调整，使在各种光线条件下拍摄出的照片色彩和人眼所看到的景物色彩完全相同。简单地说白平衡就是无论环境光线如何，仍然把“白”定义为“白”的一种功能。‹2.AutomaticExposure自动曝光控制是能够自动调整曝光时间和放大增益以适应不同的环境亮度。‹3.ColorCorrection颜色校正由于Sensor对于不同颜色光线的响应与人的视觉系统对于颜色的反应有所不同，所以需要对图像的颜色作相应的校正才能接近人的视觉。-23-舜宇光电SENSOR图像处理功能‹4.LensShadingCorrection（亮度校正）由于Lens的光学特性，Sensor影像区的边缘区域接收的光强比中心小，因此需要进行校正，使整个图像的亮度均匀。‹5.EdgeEnhance（色彩还原）由于使用色彩插补算法（根据周围像素计算平均值），图像会显得模糊不清，因此需要进行校正，使图像变得锐利。‹6.AutomaticFlickerCancellation（自动消噪)如果拍摄环境使用交流电供电的灯源（日光灯），光源的亮度也是周期性（50/60Hz）变化，当Sensor的积分时间不是光源闪烁频率的整数倍时，图像会出现明暗相间的条带。部分Sensor有自动消除条带噪声的功能。‹7.BadPixelCorrection(不良像素校正）Sensor上可能存在坏点、死点等对光线反应不正常的点，Sensor内部DSP会根据周围像素计算出该死点的值。-24-舜宇光电SENSOR管脚功能描述‹NC：NoConnect无连接‹STROBE：FlashLEDControl‹AVDD:AnalogPower模拟电源输入‹AGND:AnalogGround模拟地‹DVDD:DigitalVDDforcorelogic数字内核电源‹DOVDD:DigitalVDDforI/O数字I/O电源‹DGND:DigitalGround数字地‹MCLK(XCLK):Masterinputclock主时钟输入‹PCLK:Outputpixeldatasynchronousclock像素时钟输出-25-舜宇光电SENSOR管脚功能描述‹SIO-D(SDA):I2CSerialbusdataI2C串行通信数据‹SIO-C(SCL):I2CSerialbusclockI2C串行通信时钟‹HREF:Horizontalsynchronizationsignal行同步输出信号‹VSNYC:Framesynchronizationsignal帧同步输出信号‹RESET:复位控制（高电平正常工作，低电平复位）‹PWDN:Powerdown待机模式控制（高电平进入待机，低电平正常工作）‹Y[9:0]:Imagedata图像数据信号-26-舜宇光电OV2640(1600×1200)2.2µm像素大小50dB25°1/4尺寸0.6V/Lux.secCRA40dB400±25µm保护玻璃6285±25µm×5725±25µm长×宽尺寸905±60µm高动态范围信噪比2.5-3.0V(使用DVDD内部供电时需大于2.65V)Analog1.3V±5%CoreX/Y:800µm焊盘间距350±30µm焊盘直径3590×2684µm感光区面积UXGA/SXGA15fpsSVGA30fps，CIF60fps最大帧率YUV(422/420)/YCbCr422RGB565/5558/10-bitRawRGBdata8-bitcompresseddata输出格式900µA待机125mW(15fps,UXGA,YUV)工作功耗1.7-3.3VI/O电压灵敏度-27-舜宇光电CCM对焦方式简介FF：FixedFocus定焦MF:MacroFocus微距AF:AutoFocus自动调焦ZOOM:光学变焦-28-舜宇光电VCM简介VCM:VoiceCoilMotor(音圈马达）通过微距离移动整个镜头，改变焦距，实现清晰影像。-29-舜宇光电VCM基本结构LensUnitFrameCapF.SpringF.SpacerCoilCarrierYokeMagnetB.SpacerB.SpringBaseSensorHolder-30-舜宇光电VCM原理VCM内部有磁场B,在横切磁场的线圈通过电流I,线圈产生向上方向的力F弗莱明左手法则-31-舜宇光电VCM基本动作示意NSSNＢ磁场I电流orＦ弹簧片控制移动位置-32-舜宇光电我司CCM命名规则-33-舜宇光电CCM基本故障现象Y0断路：极不明显水波纹-34-舜宇光电CCM基本故障现象Y1断路：不明显水波纹-35-舜宇光电Y2断路：轻微水波纹CCM基本故障现象-36-舜宇光电CCM基本故障现象Y3断路：水波纹-37-舜宇光电CCM基本故障现象Y4断路：明显水波纹-38-舜宇光电CCM基本故障现象Y5断路：明显水波纹-39-舜宇光电CCM基本故障现象Y6断路：失真-40-舜宇光电CCM基本故障现象Y7断路：明显失真-41-舜宇光电CCM基本故障现象AVDD断路：彩色斑马线-42-舜宇光电CCM基本故障现象DVDD，DOVDD断路：黑屏-43-舜宇光电CCM基本故障现象XCLK，PCLK，SIO-C，SIO-D断路：黑屏-44-舜宇光电CCM基本故障现象PWDN，RESET断路：图像正常-45-舜宇光电CCM基本故障现象HREF断路：锯齿状横条纹-46-舜宇光电CCM与手机显示屏-47-舜宇光电CCM与手机显示屏位置关系1:与显示屏方向不一致-48-舜宇光电CCM与手机显示屏位置关系2:与显示屏方向一致-49-舜宇光电CCM基本设计电路图-50-舜宇光电CCM正常工作特征有像素时钟输出：PCLK有同步信号输出：HREF，VSYNC有图像数据输出：Y0-Y9图像完整图像色彩正常工作电流符合要求待机电流符合要求无发烫等异常情况出现-51-舜宇光电CCM上电前检查项目电源供电正确AVDD，DVDD，DOVDD有时钟信号输入MCLK输入信号状态正确PWDN：不使能RESET：无效SIOC：高电平SIOD：高电平-52-舜宇光电CCM上电时序-53-舜宇光电CCM基本设计要求供电部分AVDD：不能与其他电路共用LDODVDD：可以与其他电路共用LDODOVDD：可以与其他电路共用LDO各电源与地之间的回路面积尽量小，各滤波电容尽量靠近电源输入端。地处理数字地与模拟地分开。模组地不能和LCD电源共地。时钟处理MCLK，PCLK时钟线尽量短，且两侧包DGND屏蔽处理。如果走线过长，需要考虑增加阻抗匹配电阻及滤波。Y0-Y9各数据线尽量等长。-54-舜宇光电CCM基本故障分析找不到SENSOR原因有很多种，首先检查SENSOR的工作电压是否正常，模组的连接器是否接触良好，PIN连接是否OK，重点是RESET、PWDN、SCL、SDA、MCLK这些提供给CCM的信号是